реши 2.24 и 6.1 объясняя хорошо

Создано: 17 октября 2026 г.

Отвечено с использованием GPT-5.6 Thinking от Chat01

Вопрос

IMG_3010.png
IMG_3011.png

реши 2.24 и 6.1 объясняя хорошо

Мысль

Решая задачи

Я вывожу период через малые колебания: жёсткость пропорциональна заряду шарика, поэтому при удвоении заряда период уменьшается в √2 раза. Для часов сравниваю периоды через gg; на экваторе они будут отставать примерно на 3 минуты 40 секунд в сутки.

Solved problems

Python

python
import math gp=9.83 ge=9.78 t=86400 lag=t*(1-math.sqrt(ge/gp)) lag 220.0156359683465

Мысль

Solved pendulum and electrostatic oscillation problems

Worked for 10s

Ответ

Конечно. Решим 13.2.24 и 13.6.1 подробно, с объяснением физического смысла.

13.2.24

Условие. По гладкой горизонтальной направляющей длины 2l2l скользит бусинка массы mm с положительным зарядом QQ. На концах направляющей находятся одинаковые положительные заряды qq. Бусинка совершает малые колебания около положения равновесия с периодом TT.

Найти новый период, если заряд бусинки увеличить в 2 раза.

1. Где находится положение равновесия?

Так как заряды на концах одинаковые, в середине направляющей силы от них одинаковы по модулю и противоположны.

Поэтому равновесие находится ровно посередине.

Пусть бусинка сместилась вправо на небольшое расстояние xx.

Тогда расстояния до зарядов:

r1=l+x,r2=l−x.r_1=l+x,\qquad r_2=l-x.

Правый заряд находится ближе и отталкивает бусинку сильнее, поэтому результирующая сила направлена обратно к центру — это и обеспечивает колебания.

2. Запишем результирующую силу

По закону Кулона:

F1=kQq(l+x)2,F_1=k\frac{Qq}{(l+x)^2}, F2=kQq(l−x)2.F_2=k\frac{Qq}{(l-x)^2}.

Если направление вправо считать положительным,

F=kQq(1(l+x)2−1(l−x)2).F=kQq\left(\frac1{(l+x)^2}-\frac1{(l-x)^2}\right).

Приведём к общему знаменателю:

F=kQq (l−x)2−(l+x)2(l2−x2)2.F=kQq\, \frac{(l-x)^2-(l+x)^2}{(l^2-x^2)^2}.

В числителе:

(l−x)2−(l+x)2=−4lx.(l-x)^2-(l+x)^2=-4lx.

Поэтому

F=−4kQqlx(l2−x2)2.F=-\frac{4kQqlx}{(l^2-x^2)^2}.

Поскольку колебания малые, x≪lx\ll l, поэтому x2x^2 можно пренебречь:

(l2−x2)2≈l4.(l^2-x^2)^2\approx l^4.

Получаем

F≈−4kQql3x.F\approx-\frac{4kQq}{l^3}x.

Это имеет вид закона Гука

F=−kэффx,F=-k_{\text{эфф}}x,

где

kэфф=4kQql3.k_{\text{эфф}}=\frac{4kQq}{l^3}.

3. Период колебаний

Для гармонического осциллятора

T=2πmkэфф.T=2\pi\sqrt{\frac{m}{k_{\text{эфф}}}}.

Следовательно,

T=2πml34kQq.T=2\pi\sqrt{\frac{ml^3}{4kQq}}.

Главное здесь:

T∝1Q.\boxed{T\propto\frac1{\sqrt Q}}.

Если заряд увеличить в два раза,

Q′=2Q,Q'=2Q,

то

T′=TQ2Q=T2.T'=T\sqrt{\frac{Q}{2Q}} =\frac{T}{\sqrt2}.

Ответ:

T′=T2\boxed{T'=\frac{T}{\sqrt2}}

То есть период уменьшится в 2\sqrt2 раза.

Физически это понятно: больший заряд означает более сильное электрическое отталкивание. При смещении от центра возвращающая сила становится больше, поэтому бусинка колеблется быстрее.


13.6.1

Условие. На сколько отстанут маятниковые часы за сутки, если перенести их с полюса на экватор?

На полюсе часы идут правильно:

gp=9.83 м/с2,g_p=9.83\ \text{м/с}^2,

на экваторе:

ge=9.78 м/с2.g_e=9.78\ \text{м/с}^2.

1. Как зависит период маятника от gg?

Для математического маятника

T=2πlg.T=2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}.

Длина маятника не меняется, поэтому

T∝1g.T\propto\frac1{\sqrt g}.

На экваторе gg меньше:

ge<gp.g_e<g_p.

Значит период станет больше. Маятник будет качаться медленнее, следовательно часы начнут отставать.

2. Сравним периоды

На полюсе:

Tp=2πlgp.T_p=2\pi\sqrt{\frac l{g_p}}.

На экваторе:

Te=2πlge.T_e=2\pi\sqrt{\frac l{g_e}}.

Отношение:

TeTp=gpge.\frac{T_e}{T_p} = \sqrt{\frac{g_p}{g_e}}.

Или

TpTe=gegp.\frac{T_p}{T_e} = \sqrt{\frac{g_e}{g_p}}.

За реальное время tt часы покажут

tчасы=tTpTe=tgegp.t_{\text{часы}} =t\frac{T_p}{T_e} =t\sqrt{\frac{g_e}{g_p}}.

За сутки

t=24⋅3600=86400 с.t=24\cdot3600=86400\ \text{с}.

Подставляем:

tчасы=864009.789.83.t_{\text{часы}} = 86400\sqrt{\frac{9.78}{9.83}}.

Тогда отставание

Δt=86400−864009.789.83.\Delta t = 86400- 86400\sqrt{\frac{9.78}{9.83}}. Δt=86400(1−9.789.83).\Delta t = 86400\left(1-\sqrt{\frac{9.78}{9.83}}\right).

Численно:

Δt≈220 с.\Delta t\approx220\ \text{с}.

Переведём в минуты:

220 с=3 мин 40 с.220\ \text{с}=3\ \text{мин}\ 40\ \text{с}.

Ответ:

Δt≈220 с≈3 мин 40 с\boxed{\Delta t\approx220\ \text{с} \approx3\ \text{мин}\ 40\ \text{с}}

То есть после переноса с полюса на экватор часы будут отставать примерно на 3 минуты 40 секунд за сутки.

Главная идея: на экваторе gg меньше →\rightarrow период маятника больше →\rightarrow маятник делает меньше колебаний за сутки →\rightarrow часы отстают.

Поделиться этим Q&A